两台掘进机台阶法施工在大断面岩巷中的应用

摘要：本文针对兖州煤业鄂尔多斯能化公司转龙湾煤矿副斜井施工中遇到的掘进断面大，支护复杂，安全性低，施工工序多等特点，精心组织，科学管理，不断优化施工方案，最终采用两台掘进机台阶式施工方案克服了掘进断面大，速度慢，安全性低等难题，实现了掘进、架36U型钢架、砌碹多工序平行作业的施工工艺，尤其单月实现了副斜井一次成巷302m的好成绩。为我们今后遇到类似的大断面岩巷施工提供了一些参考和经验。

关键词：大断面；岩巷；台阶法；快速掘进

引言

在大断面岩巷施工中，普遍采用综掘机械化施工，现在较为推广使用的机型多为EBZ160、EBZ200（H）、EBZ230（H）型掘进机，掘进高度在2.2m～5.2m，掘进宽度在3.5m～6.2m之间，卧底深度最大不超过420mm。巷道掘进高度大于5.0m、掘进宽度大于7.0m时，很难做到一次成形，施工方案只能采用分层掘进，上部掘进80～100m后退掘进机开始掘进下部；或小循环台阶法施工，上部掘进2～3m后，锚网支护好上部，然后铲底。无论是哪种方案都存在工序转换、系统调整频繁等影响施工速度的因素，很大程度上降低了综掘施工效率，降低了经济效益，并进而有可能延误工期。

1 工程概况及水文地质

中煤二十九处负责承建的兖州煤业鄂尔多斯能化公司转龙湾煤矿副斜井，井筒长度1513m，-5.5°下山，掘进高度6050mm，掘进宽度7500mm，掘进断面39.3，属于大断面岩巷；支护形式采用锚网喷+36U型钢架+混凝土砌碹复合式支护，锚杆间排距900×900mm，规格为Φ20×2200mm，钢架架设1000mm一架，混凝土强度等级C30，厚度400～500mm。

井筒所穿岩层为侏罗系（J）的直罗组和延安组岩层，主要为砂岩和砂质泥岩，砂岩硬度较大，而且含水，遇水泥化，井筒在1120m处还要穿过一层2.0m厚硅质胶结的砂岩，硬度f=6～8。

2 快速掘进技术研究

为最大限度地降低工序转换、系统调整频繁等对掘进速度的影响，相关技术人员经综合研究，决定采用两台综掘机上下分层台阶法掘进，全断面一次成巷。该工艺工序转换和系统调整的频次低，掘进速度快，施工安全、质量容易保证。

2.1 工艺研究

利用两部掘进机上下分层台阶法掘进，上部掘进机负责上分层的掘进，下层掘进机负责下分层的掘进及上分层掘出的矸石的运输，两台掘进机平行作业，下分层掘进机始终滞后上层掘进机尾2.0～2.5m，确保上层掘进机掘出的矸石能被全部运完，不存留，不堆积，同时确保两机工作时不发生撞机事故。

由于下分层掘进机不但要负责本分层掘进工作，而且负责运输上分层掘出的矸石，而上层掘进机只负责上分层的掘进，所以下分层掘进机工作量较大。为确保上下两台掘进机能够配合默契，互不影响，平行作业，开机率达到最大化，首先对上下层掘进工作量和锚网支护量及所用时间，工作距离细化分配（工作距离的确定：1、上层掘进机每个截割循环的移机距离2.4m，2、确保上层掘进机的矸石能被全部运完，不存留，不堆积，3、为防止两台掘进机同时工作时发生碰撞事故，需留出至少2m的安全距离）并据此对两台掘进机进行明确“分工”，下层掘进机始终滞后上层掘进机2.0m～2.5m左右。由于上层掘进机活动空间相对局限，且只负责本分层的掘进工作，因此尽量简化与掘进无关的辅助设施，如拆除上部掘进机的二运系统及后面的辅助系统，以增加灵活性，提高工作效率。

施工工艺、台阶分层高度和上下分层间距的合理确定，确保了两台掘进机平行作业和开机率最大化。同时，为确保巷道成型，防止切割时在分层面的地方留下帽檐，形成安全隐患，在井筒内安装三台激光，顶板正中一部，上下分层线两侧各装一部。

另外，上台阶掘进机的电缆悬挂也是关键之一，既不能影响下分层掘进机掘进，更不能乱拖乱放以至造成安全事故。研究和工程实践证明，在上分层顶板支护好的锚杆上悬挂滑轮用于悬挂电缆，既安全又方便，科学地解决了上分层掘进机电缆悬挂问题。

2.2施工组织、工艺流程及操作要点

科学合理的施工组织、工艺流程对保证施工安全、质量和速度具有至关重要的作用。本工法采用“三八”作业制，三班共需工人72人。

其工艺流程为：准备两台掘进机同时掘进一个循环上层掘进机停，上层锚网支护，下层掘进机刷帮成形两台掘进机继续掘进循环作业下层在掘进机二运后面进行帮部支护。

其操作要点如下：

①因为上层掘进机退机距离有限，因此上分层要一次切割成形；

②下层掘进机的铲板，截割头距上层不能超过2.5m，否则上层掘进机一运下面堆积矸石容易回矸噎一运；

③下层两帮支护要跟在二运后面，确保下分层掘进、支护平行作业。

2.3 施工管理

科学合理的施工管理，是保证施工速度、质量和安全的必须保证。为此，实行严格现场交接班制度和考核制度。属于本班的任务，必须当班完成，对于因条件限制不能完成的工作，必须向下一班组人员说明并向主管领导汇报，同时要为下班的施工做好充分的准备。这样就减少交接班时间，保证了施工工序的连续性和及时地解决施工中的问题，有效地利用了工时。

对掘进机司机、支护工、胶带机司机等作为一个整体进行统一管理，制定各工种评分细则和考核细则，及时对其进行评分并公布，同时享受超产奖励和责任处罚；对由于指挥、操作、检修维护不到位造成的损坏及影响当天进行追查处理，确保综掘系统的正常运转，最大限度地减少影响时间。班内管理实行责任到人，专人打锚杆和架棚、专人清理巷道、专人检修设备，对施工不到位、检修不到位的人员按规定处罚，确保各施工循环的顺利进行。

2.4施工机械设备

良好的施工机械设备是保证施工顺利进行的必要前提，设备配备合理、状态良好，有助于提高施工效率。为提高掘进速度，对施工机械设备进行了合理配备。

配备合理的机械设备，对保证和提高掘进速度起到了重要的保障作用。两台掘进机配合合理，掘进速度快。

3 取得的成果

由于机械化程度高，施工工艺先进，节省了工序转换和系统调整时间，提高了施工速度和经济效益。在2012年实现单月最高斜井井筒一次成巷302m的佳绩。应用本工艺新增产值460万元，节约工资成本29.5万元，节约电费11万元，年增收节支总额500.5万元。使工期节约2.5个月，确保工程提前交付使用，矿井投产期提前，投资效益得以提前回收。工程实践表明，该工艺具有良好的社会经济效益和推广前景。

4 结论

（1）采用两台掘进机台阶法施工，解决了大断面岩巷采用综掘机施工时工序转换和系统调整频繁导致的施工效率低、速度慢的问题，提高了施工效率和速度，降低了施工成本，提高了经济效益，本工法具有良好的社会经济效益和推广前景。

（2）合理地进行了掘进机的分工，明确了其任务和上下分层的合理高度，解决了本工法的关键技术难题，保证了两台掘进机配合默契和最大开机率，提高了掘进速度和经济效益。

（3）科学、方便地解决了上台阶掘进机电缆悬挂问题，保证了上下分层掘进机的正常安全生产。

（4）科学合理的施工组织、管理、人员和机械设备配备，是保证施工安全、质量、速度和效益的必要的管理措施。